考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法

本发明涉及一种考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，属于石油蒸馏先进控制。

背景技术：

1、能源问题一直是当今世界关注的焦点。随着经济的快速增长，汽车工业，建筑业以及电子工业发展使得石油消耗量的大幅上升，对石化工业产品在数量、质量以及品种上的要求也在不断提高。石油产品的蒸馏能够将其轻重组分分离，对于石油工业的生产、使用和储存都有重大意义。由于石油沸点范围很宽，如果想要研究或加工石油，都必须要利用蒸馏的方法按沸点高低分为若干部分，这些部分称为馏分。但石油产品的馏分随着蒸馏的过程不断变化，要根据馏分的变化，实时调整炉温，从而达到所要求的性能指标。提升石油产品的蒸馏质量，首先需要通过提高加热炉的控制精度。但加热炉是一个典型的时滞和非自动调节的对象，对于温度的上升和下降具有非对称性，包括增益和滞后时间的不对称性，整个温度控制范围，增益会随着工作温度变化。对于同样的加热功率，不同蒸馏阶段，加热炉的炉温响应不同，并且加热炉的炉温一旦超调，则需要自然冷却，无法通过减小给定功率达到减小炉温的目的，加热炉优化控制是目前亟待解决的问题。

2、若不考虑加热炉模型参数随着当前温度不断变化，再加上蒸馏时的蒸汽将会带走一部分热量，只采用传统的pid控制算法，很难控制达到炉温的精确控制。而石油蒸馏的控制精度不高则会造成石油蒸馏的产品质量不高。加热炉出口温度如果偏低蒸馏速率减小，在下一个控制周期时由于蒸馏速率的减小，就需要提高给定的炉温加大蒸馏速率，这将导致蒸馏速率上升。由于冷凝环节存在大滞后现象，此时会出现蒸馏速率的振荡，将直接影响馏程实验的质量，无法得到准确的油品轻重组分含量，因此加热炉的温度控制是石油蒸馏过程控制的基础。

技术实现思路

1、本发明克服现有技术存在的加热炉控制精度不高这一问题，提供一种石油蒸馏装置的新型炉温控制方法。该方法步骤包括：

2、1)通过最小二乘法,根据实验输入输出数据构造石油蒸馏加热炉系统模型；

3、2)基于石油蒸馏装置系统模型构建加热炉模型参数变化强的条件下的干扰观测器；

4、3)利用干扰观测器输出的干扰估计值对加热炉功率进行补偿，结合比例控制方法获得新的控制量，并利用新控制量对加热炉系统进行功率控制。

5、针对以上步骤，构建了一个基于干扰观测器的石油蒸馏控制系统，该系统包括：

6、建模模块，基于实验输入输出数据利用最小二乘法构建石油蒸馏装置状态模型；

7、观测器模块，基于石油蒸馏装置状态模型构建系统参数慑动强的干扰观测器，其中参数慑动主要为蒸馏过程中油品的沸点不断上升，且非线性强，用传统的线性控制器pi效果不佳；

8、控制量输出模块，利用干扰观测器输出的干扰估计值对加热炉功率控制量进行反馈补偿获得新控制量，并利用新控制量对石油蒸馏系统进行补偿。

9、石油蒸馏装置的工作原理主要是设定加热炉功率，控制蒸馏烧瓶的温度，当温度达到某种化合物的沸点后，蒸汽在冷凝管中冷凝为液体，滑落至量筒中进行回收，加热炉控制系统通过改变加热炉功率进而控制蒸馏速率。馏分会随着蒸馏过程不断变化，需要实时改变加热功率，调整炉温使蒸馏速率符合试验测试指标。

10、本方案的核心思想为通过干扰观测器观测的参数慑动估计结合比例控制输出给定加热炉功率。随着馏分逐渐减少，系统参数慑动已由干扰观测器进行估计与补偿，对参数慑动具有良好的抵抗性，并且对系统建模的误差，以及蒸汽吸收热量等干扰等具有较好的控制效果，实现较强的抗干扰性能，提高了石油蒸馏装置的鲁棒性。

11、本发明专利与现有的技术相比优点在于：

12、(1)本方案通过使用干扰观测器，有效地估计出系统模型参数的慑动量，并进行反馈补偿。构建干扰观测器结构简单、计算量小，并能够有效提高系统的鲁棒性与抗干扰能力。

13、(2)本方案将比例控制结合干扰观测器，构成一种新型石油蒸馏的炉温控制算法，能够提高了石油蒸馏装置实验的产品质量，节省时间成本与原料。

技术特征：

1.考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，其特征在于，利用加热炉给定功率和炉温数据通过最小二乘法拟合出加热炉系统的一阶模型，然后干扰观测器估计得到模型发生的变化以及建模误差，外界干扰所带来的对于系统的影响，对比例控制输出的控制量进行补偿，得到新的给定功率，将其输入给加热炉系统控制炉温；该方法的步骤包括：

2.根据权利要求1所述的考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，其特征在于，步骤1)中实验输入输出数据是指在闭环情况下对给定加热炉功率和炉温的数据进行采集。

3.根据权利要求1所述的考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，其特征在于步骤1)中石油蒸馏加热炉系统模型采用模型结构为考虑到计算复杂性与控制实时性，采用一阶模型，得到系统模型参数a0，b0。

4.根据权利要求1所述的考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，其特征在于步骤2)考虑到不同蒸馏阶段，加热炉的模型参数在不断发生改变，模型考虑为

5.根据权利要求4所述的考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，其特征在于，步骤3)中将步骤2)中的干扰估计与比例控制输出的控制量p比例结合，得到新控制量为

技术总结
本发明公开了一种考虑加热炉模型参数变化的石油蒸馏炉温抗干扰控制方法，包括以下步骤：步骤一、通过最小二乘法，根据实验输入输出数据构造石油蒸馏加热炉系统模型；步骤二、基于石油蒸馏装置系统模型构建加热炉模型参数变化强的条件下的干扰观测器；步骤三、利用干扰观测器输出的干扰估计值对加热炉功率进行补偿，结合比例控制方法获得新的控制量，并利用新控制量对加热炉系统进行功率控制。本方案能够针对现有石油蒸馏炉温控制方式导致加热炉控制精度不高的问题，将干扰观测器与原有的控制器相结合，对加热炉系统进行炉温控制，从而提高产品质量。

技术研发人员：王佐,毛琳煊,李世华
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13